Activité 2 · Manuel pages 140 et 141 · Activité documentaire
La mesure par triangulation
Objectif
Calculer une longueur par la méthode de triangulation plane.
La question
Comment le mètre a-t-il pu être défini à partir de la mesure du méridien terrestre ?
Pour commencer
L’histoire du mètre
Une vidéo regardée ensemble en classe, avant de lire les documents.
Vidéo · en classe
Le mètre ne fait pas 1 m
Pourquoi a-t-on voulu une nouvelle unité de longueur à la Révolution, et comment l’a-t-on tirée de la Terre elle-même ?
- Repérez qui a mesuré le méridien, et entre quelles villes.
- Notez la définition du mètre choisie en 1791.
- Retenez pourquoi on n’a pas tout mesuré directement au sol.
Scilabus, partie 1 · ouvrir sur YouTube
Première partie
Les documents
Lisez les quatre documents dans l’ordre. L’encadré de mathématiques et le vocabulaire sont dans la colonne de droite.
Définir la valeur du mètre
À la veille de la Révolution française, on compte en France des centaines d’unités de longueur différentes, souvent tirées du corps humain : le pied, la coudée, la toise… Elles changent d’une ville à l’autre, ce qui complique le commerce comme le travail des savants. L’Assemblée constituante décide alors de créer une unité unique : le mètre.
Pour que cette unité puisse être adoptée par tous les peuples, il faut la rattacher à un objet commun à toute l’humanité : ce sera la Terre elle-même. Sur proposition de l’Académie des sciences, l’Assemblée adopte le 26 mars 1791 la définition suivante.
Une unité tirée de la nature, invariable et qui n’appartient à aucune nation : encore faut-il mesurer ce méridien. On choisit l’arc du méridien de Paris qui relie Dunkerque à Barcelone.
Les maîtres du mètre
Ces deux astronomes reconnus sont chargés de la mission. Leur plan : mesurer la longueur D de l’arc de méridien entre Dunkerque et Barcelone, puis en déduire la longueur M du quart de méridien.
Les deux villes sont situées sur le même méridien. Par des observations astronomiques, on connaît leurs latitudes (environ 51° N pour Dunkerque, 41° N pour Barcelone) : leur différence donne l’angle au centre α qui intercepte l’arc D. Le quart de méridien correspond, lui, à un angle de 90°. Longueur d’arc et angle au centre étant proportionnels :
M / 90° = D / α ⇒ M = 90 × D / αDans les pas de Delambre et Méchain
Mesurer directement au sol plus de 1 000 km entre Dunkerque et Barcelone est impossible avec précision : il faudrait franchir des rivières, des forêts, des montagnes, et tenir compte des dénivelés.
Delambre et Méchain utilisent donc la triangulation plane. Cette méthode géométrique ne demande de mesurer précisément qu’une seule distance : toutes les autres se calculent à partir des angles des triangles et de la loi des sinus.
Pour mesurer ces angles, ils effectuent des visées avec un cercle répétiteur, un instrument d’optique qui mesure l’angle entre deux points éloignés mais bien visibles : sommets de collines, clochers, tours.
La base et l’enchaînement des triangles
En mathématiques, un triangle est entièrement connu dès que l’on connaît la longueur d’un côté et deux de ses angles.
Delambre et Méchain choisissent d’abord une base : la distance entre Lieusaint et Melun, deux localités proches de Paris, qu’ils mesurent au sol avec un très grand soin. Depuis les deux extrémités de cette base, ils visent un troisième point, Malvoisine, et mesurent les angles : ils en déduisent par le calcul la distance Lieusaint–Malvoisine. Ce côté devient à son tour la base d’un nouveau triangle, dont le sommet est Montlhéry, et ainsi de suite.
De proche en proche, ils construisent une chaîne ininterrompue d’une centaine de triangles qui encadre tout l’arc de méridien, de Dunkerque à Barcelone.
Distance Dunkerque–Barcelone : D = 551 475,4 toises.
Différence de latitude : α = 9° 40′ 25″.
Base Clermont–Jonquières : 11 765 toises.
Angles à la base : 49° 18′ 59″ à Clermont, 53° 5′ 26″ à Jonquières.
Mathématiques
Loi des sinus. Dans un triangle quelconque, chaque côté est proportionnel au sinus de l’angle qui lui fait face :
a / sin α = b / sin β = c / sin γSomme des angles d’un triangle : 180°.
Degrés, minutes, secondes. « 49° 18′ 59″ » se lit quarante-neuf degrés, dix-huit minutes, cinquante-neuf secondes. Comme pour les heures : 1° = 60′ et 1′ = 60″, donc 1° = 3 600″.
49° 18′ 59″ = 49 + 18/60 + 59/3 600 ≈ 49,316°Vocabulaire
- Latitude
- Angle mesuré à partir de l’équateur, vers le nord ou vers le sud.
- Méridien terrestre
- Cercle imaginaire à la surface de la Terre passant par les deux pôles.
- Toise
- Ancienne unité de longueur française ; on sait aujourd’hui qu’une toise vaut 1,949 m.
- Triangulation
- Méthode qui détermine des distances à partir d’une seule longueur mesurée et d’angles mesurés par visée.
Deuxième partie
Les questions
Répondez sur votre feuille par des phrases complètes ; détaillez les calculs et indiquez les unités.
À l’aide de la triangulation plane, calculer la distance entre Jonquières et Saint-Christophe. Donner le résultat en toises.
Document 4 et encadré MathématiquesExpliquer pourquoi il suffit de connaître avec précision une seule longueur pour calculer la distance de Dunkerque à Barcelone.
Documents 3 et 4Montrer que les résultats de 1799 conduisent à une longueur du quart de méridien de 5 130 740 toises. En déduire la valeur du mètre en toises, selon la définition de 1791.
Documents 1, 2 et 4Sachant qu’une toise vaut 1,949 m, comparer le mètre établi par Delambre et Méchain au mètre actuel.
Question 3 et VocabulairePenser la science · une construction collective
Depuis 1983, le mètre n’est plus défini à partir de la Terre : c’est la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant une durée de
1 / 299 792 458 secondeLa vitesse de la lumière dans le vide, c, vaut exactement 299 792 458 m/s. En quoi cette nouvelle définition respecte-t-elle l’idée qu’une connaissance scientifique doit pouvoir être reconnue par tous ?
Correction disponible
La correction détaillée
Comparez avec vos réponses et corrigez au stylo vert. Commencez par les diapositives, puis vérifiez votre fiche guidée des questions 3 et 4.
Les deux documents s’ouvrent dans un nouvel onglet ; vous pouvez les télécharger pour réviser.
À la maison
Réviser la méthode de triangulation
Vidéo · pour réviser
La mesure par triangulation, pas à pas
La méthode de calcul utilisée par Delambre et Méchain. À regarder avant l’évaluation, en faisant pause pour refaire les calculs vous-même.
- Convertir les angles en degrés décimaux.
- Trouver le troisième angle du triangle.
- Appliquer la loi des sinus au bon côté.